بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی کارایی روش پردازش تصویر در تعیین محتوای نیتروژن گیاه ذرت، آزمایشی در قالب طرح کرتهای خرد شده بر پایه طرح بلوکهای کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. پنج سطح کود نیتروژن - صفر، 100، 200، 300 و 400 کیلوگرم در هکتار از منبع اوره - در کرت اصلی و دو ژنوتیپ ذرت MV500 - و - ZP434 در کرت فرعی در نظر گرفته شدند. تیمار کودی در مرحله چهار برگی اعمال شد. تصویر برداری، تعیین مقدار کلروفیل با استفاده از کلروفیل متر SPAD و نمونه برداری از بوته ها با فاصله ده روز یک بار انجام شد. مقدار نیتروژن بافت گیاهان برداشت شده به روش کجلدال تعیین شدند .
مقدار RGB تصاویر برداشت شده پس از حذف پس زمینه عکس ها با نرم افزار متلب تعیین شد. نتایج بررسیها نشان داد که با افزایش کود نیتروژن مصرفی، درصد نیتروژن بافت و عددهای کلروفیلمتر افزایش یافت. بیشترین درصد نیتروژن بافت - %2.3 - و عدد قرائت شده توسط کلروفیلمتر - 51.39 - به تیمارهای 300 و 400 کیلوگرم در هکتار نیتروژن تعلق داشت.
بررسی همبستگیها نیز نشان داد که توابع G-B و R-B با r=-0.84 بیشترین همبستگی معنیدار را با درصد نیتروژن بافت بوته ها داشتند. بین درصد نیتروژن بافت و عددهای کلروفیلمتر نیز همبستگی مثبت و بسیار معنیدار دیده شد . - r=0.76 - در مجموع، بین عددهای به دست آمده از سه روش کجلدال، کلروفیلمتر SPAD و پردازش تصویر همبستگی بالایی دیده شد. بنابراین، با توجه به سرعت بیشتر، هزینه کمتر و غیرتخریبی بودن روش پردازش تصویر، میتوان از این روش در تخمین نیتروژن بوته ذرت استفاده کرد.
-1 مقدمه
نیتروژن از عناصر مهم و پرمصرفی است که در رشد رویشی، گلدهی و نمو میوه و دانه نقشی اساسی دارد. این عنصر از اجزای اصلی تشکیل دهنده بسیاری از ترکیب های آلی گیاهان مانند اسیدهای نوکلئیک و اسیدهای آمینه است و 2 تا 5 درصد وزن کل گیاهان را تشکیل میدهد . - 1 - نیتروژن در ساختمان کلروفیل هم وجود دارد و کمبود آن سبب کاهش کلروفیل و در نتیجه کاهش پتانسیل فتوسنتزی گیاه میشود . - 10 - در کشاورزی متداول نیاز گیاه به نیتروژن با استفاده از کودهای شیمیایی مرتفع میشود که در بیشتر موارد کارایی استفاده از آنها پایین است. میانگین کارایی استفاده از نیتروژن برای غلات در جهان 30-33 درصد است .
هدررفت نیتروژن به دلیل پایین بودن کارایی استفاده از آن، علاوه بر تحمیل هزینه اضافی به کشاورز میتواند موجب آلودگی از راه انباشت نیترات و نیتریت در آبهای زیرزمینی هم بشود
به منظور همزمان کردن کوددهی با زمان نیاز گیاه به نیتروژن، تعیین مقدار نیتروژن موجود در گیاه نقشی مهم دارد و تا کنون رهیافتهای مختلفی برای تعیین نیتروژن گیاه استفاده شده است که از آنهامی توان به تجزیه آزمایشگاهی و آنالیز بافت گیاه با استفاده از روشهای شیمیایی اشاره کرد. با وجود اینکه روش کلدال مستقیم و دقیق است اما تخریبی و زمانبر است. تولید مواد سمی طی کار و عدم و عدم اندازهگیری نیتریت و نیترات هم از معایب دیگر این روش است
یک روش غیرتخریبی برای تعیین نیتروژن گیاه استفاده از کلروفیلمتر دستی - SPAD - است. در آزمایشهای متعددی روی گیاهانی مختلف از جمله ذرت - 6 - و برنج - 5 - مشخص شده که همبستگی بالایی بین عدد کلروفیلمتر، محتوای کلروفیل و غلظت نیتروژن بافت گیاه وجود دارد. استفاده از SPAD اگرچه روشی سریع و غیرتخریبی است، اما کاهش دقت این روش برای تعیین مقدار نیتروژن گیاه در مقادیر بالاتر از حد بهینه کلروفیل و نیاز به کالیبراسیون برای ارقام و مراحل رشدی مختلف گیاه سبب محدودیت در استفاده از این روش شده است
در سال های اخیر از پردازش تصاویر دیجیتال برای تعیین مقدار نیتروژن گیاهان مختلف نتایج مناسبی به همراه داشته است زیرا این روش مبتنی بر اندازه گیری رنگ گیاهان است که به نوبه خود می توانند تحت تاثیر مقدار نیتروژن بوته قرار گیرند. از آنجایی که رنگ برگ و بوته تابعی از مقدار کلروفیل آنها است و همچنین، نیتروژن نقش کلیدی در محتوای کلروفیل برگ ها دارد بنابراین، چنین فرض شده که میتوان از رنگ برگ برای بررسی وضعیت نیتروژن استفاده کرد
استفاده از روش پردازش تصویر در تخمین محتوای نیتروژن گیاه در آزمایشهایی که روی گندم - 8 - و چغندر قند - 2 - انجام شده، موفقیت آمیز بوده است. استفاده از این روش مزایایی دارد که از جمله آنها می توان به هزینه مناسب، سرعت اندازهگیری و غیر تخریبی بودن آن اشاره کرد. در این روش پردازش به صورت رایانهای انجام میشود و در نتیجه دادهها به راحتی ذخیره و نگهداری شده و میتوانند برای تجزیه و تحلیلهای بعدی استفاده شوند
ضرورت تعیین زمان درست کوددهی نیتروژن و نیاز به روشی ساده، سریع و کمهزینه برای تعیین مقدار نیتروژن بافت گیاه ذرت به عنوان یکی از گیاهان مهم زراعی با سطح زیر کشت بسیار گسترده، سبب شد این پژوهش با هدف تعیین مقدار نیتروژن بافت بوته های ذرت با استفاده از تجزیه تصاویر دیجیتال طراحی و اجرا شود.
-2 مواد و روشها
این آزمایش در سال زراعی 94-95 در مزرعه پژوهشی دانشگاه گیلان به صورت کرتهای یکبار خرد شده بر پایهی طرح بلوکهای کامل تصادفی با 10 تیمار و 3 تکرار انجام شد. در این آزمایش پنج مقدار کود نیتروژن - صفر، 100، 200، 300 و 400 کیلوگرم بر هکتار نیتروژن خالص از منبع اوره - در کرت اصلی و دو ژنوتیپ ذرت ZP434 - و - MV500 در کرت فرعی در نظر گرفته شدند . ژنوتیپهای ذرت در هر کرت فرعی با فاصله 20 سانتیمتر روی ردیفهایی با فاصله 70 سانتیمتر در عمق 5 سانتیمترکشت شدند.
برای تعیین مقدار نیتروژن بافت بوتهها در دو مرحله با فاصله ده روز از سطح مشخصی از هر کرت در زمان تابش کامل خورشید با زوایه عمود و با دوربین دیجیتال عکسبرداری شد و پس از آن مقدار کلرفیل برگ بوتهها با SPAD 502 - Minolta Japan - تعیین شد. سپس بوتهها کف بر شده و برای تعیین نیتروژن آنها به روش کلدال به آزمایشگاه منتقل شدند . عکس ها ابتدا در قالب JPG ذخیره شدند. سپس حذف پس زمینه و استخراج مقادیر R، Gو B مربوط به هر تصویر با بکارگیری برنامه نوشته شده در برنامه متلب 2014 انجام شده و تعدادی تابع مبتنی بر این مقادیر محاسبه شد. تجزیه واریانس دادهها و مقایسه میانگین آنها و همچین، تجزیه رگرسیون و همبستگی با استفاده از نرمافزار SAS 9.2 و رسم شکلها در Excel 2016 انجام شد.
-3 نتایج و بحث
نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که اثر نیتروژن بر درصد نیتروژن بافت و عدد کلروفیلمتر SPADدر سطح یک درصد معنی دار بوده است. مقایسه میانگینها نشان داد که بیشترین درصد نیتروژن بافت - %2.3 - مربوط به کاربرد 300 و 400 کیلوگرم در هکتار نیتروژن بود. کمترین درصد نیتروژن بافت - %1.35 - ، همانگونه که انتظار میرفت، مربوط به تیمار شاهد بود - شکل1 الف - . مشابه چنین حالتی در عددهای SPAD نیز مشاهده شد. به گونهای که بیشترین عددهای - 51.39 - SPAD به تیمارهای کودی 400 کیلوگرم و 300 کیلوگرم در هکتار نیتروژن تعلق داشت. کمترین مقدار این عدد - 32.55 - مربوط به تیمار شاهد بود - شکل 1 ب - . در این آزمایش اثر ژنوتیپ بر درصد نیتروژن بافت معنیدار نبود.
بررسی همبستگی میان صفات نشان دهنده وجود همبستگی بالا و معنیدار بین درصد نیتروژن بافت و اعداد SPAD با ضریب همبستگی r=0.76 بود. از میان توابع مورد استفاده برای ارتباط پارامترهای تصاویر دیجیتال با درصد نیتروژن بافت، توابع G-B و R-B هر دو با ضریب همبستگی r= -0. 84 بیشترین همبستگی را با درصد نیتروژن بافت داشتند. پس از این دو تابع 2R-B و 2R+G-B به ترتیب با r= -0. 83 و r= -0. 79 بیشترین همبستگی معنی دار با درصد نیتروژن بافت ها داشتند. شکل های 2 و 3 برازش بین بین درصد نیتروژن بافت و روابط مبتنی بر RGB را نشان می دهند.
شکل1 رابطه مصرف کود نیتروژن و الف - محتوای نیتروژن بافت و ب - عدد SPAD
شکل 2 رابطه درصد نیتروژن بافت و تابع الف - G-B و ب - R-B
